ES2881326T3 - Sistema de sellado para una etapa de turbina y una turbomaquinaria axial - Google Patents

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Abstract

Sistema de sellado (100) para una turbomaquinaria axial que comprende un rodete (3) con un anillo de refuerzo (4) dispuesto radialmente hacia el exterior y una carcasa (30) que rodea al rodete (3), en donde un espacio (6) se dispone entre el anillo de refuerzo (4) y la carcasa (30), y en donde el espacio (6) está delimitado por medio de una junta (12) unida a la carcasa (30) y al menos una punta de sellado (5) dispuesta en el anillo de refuerzo (4), frente a la junta (12), para reducir las pérdidas de flujo a través del espacio (6), en donde otra punta de sellado estática (20) unida a la carcasa (30) se dispone en el área del extremo aguas abajo de la junta (12) para influir en el flujo a través del espacio y/o para influir en el flujo aguas abajo de la punta de sellado estática (20), caracterizado porque el anillo de refuerzo (4) tiene una protección contra el desgaste (8) en el área de la punta de sellado estática (20) opuesta en la dirección radial (r) para evitar el contacto directo de la punta de sellado estática con el material base del anillo de refuerzo.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de sellado para una etapa de turbina y una turbomaquinaria axial
La presente invención se refiere a un sistema de sellado para una turbomaquinaria axial de acuerdo con el concepto genérico de la reivindicación 1. Además, la presente invención se refiere a una turbomaquinaria axial de acuerdo con la reivindicación 14.
En las turbomaquinarias axiales, en particular en las turbomaquinarias axiales de varias etapas, la presión en el medio de trabajo (o medio bombeado) cambia de una etapa a otra. En una turbina de gas, la presión en el compresor aguas abajo de una fila de paletas suele ser mayor que la presión aguas arriba, mientras que en la turbina, la presión aguas abajo de una fila de paletas es menor que la presión aguas arriba. Para lograr un alto rendimiento de la turbomaquinaria, es necesario que el medio de trabajo sea conducido a través de las paletas de las distintas etapas y no pase por las filas de paletas como flujo de fuga (o flujo de derivación), sin entrega de trabajo. Para ello, se prevé un sistema de sellado en el área de un límite espacial anular exterior, que está diseñado, por ejemplo, como un sistema de laberinto.
Los sistemas de laberinto, entrada y/o sellado son conocidos, por ejemplo, de las patentes núm. EP2647796A1, EP2957718A1, EP2604797A1, EP3061850A1 y US20150211372A1. Estos sistemas de sellado tienen la tarea de minimizar un flujo de fuga a través de un espacio de sellado entre la paleta giratoria y una carcasa, permitiendo así un funcionamiento estable con alta eficiencia. Normalmente, los componentes giratorios de una turbina tienen aletas o puntas de sellado que pueden rozar o rodar contra las juntas en forma de panal. Las juntas están diseñadas como revestimientos de rozamiento e introducción. Al minimizar los espacios radiales por encima de las aletas de sellado, se intenta minimizar los flujos de fuga a través de las cavidades en estas áreas, especialmente en las áreas por encima de los anillos de refuerzos de las palas del rotor y las pérdidas de eficiencia resultantes. Sin embargo, a menudo se producen pérdidas de mezcla cuando el flujo de fuga entra en el llamado flujo principal de la turbomaquinaria debido a las diferentes orientaciones y velocidades del flujo principal y del flujo de fuga.
Un objetivo de la presente invención es proponer otro sistema de sellado para una turbomaquinaria axial. Además, es un objetivo de la presente invención proponer una turbomaquinaria axial con un sistema de sellado de acuerdo con la invención.
El objetivo de acuerdo con la invención se logra mediante un sistema de sellado con las características de la reivindicación 1. Se logra además con una turbomaquinaria axial que tiene las características de la reivindicación 13. De acuerdo con la invención, se propone así un sistema de sellado para una turbomaquinaria axial de acuerdo con la reivindicación 1.
Las pérdidas de flujo de la punta de sellado estática pueden ocasionar, en particular, una reducción del flujo a través del espacio por medio de la punta de sellado estática.
Alternativa o adicionalmente, la punta de sellado estática puede ocasionar una posible formación de remolinos aguas abajo de la punta de sellado estática. El flujo en el espacio entre la punta de sellado estática y el anillo de refuerzo puede causar o inducir un remolino o área de remolino aguas abajo, cuya dirección de rotación tiene principalmente la misma dirección de flujo que el flujo principal adyacente. Esto puede reducir las pérdidas de flujo y/o la interrupción del flujo principal por estos remolinos. Ventajosamente, esto puede aumentar la eficiencia de la turbomaquinaria axial con el sistema de sellado de acuerdo con la invención.
Una reducción de la interrupción del flujo principal por el sentido de rotación descrito de los remolinos se puede denominar mezcla de baja pérdida con el flujo principal. Por el contrario, un sistema de sellado sin una punta de sellado estática puede dar lugar a la formación de remolinos, cuyo sentido de rotación principal es opuesto al del flujo principal. Esto llevaría a una mezcla con pérdidas con el flujo principal y podría contribuir a una reducción de la eficiencia de la turbomaquinaria.
El anillo de refuerzo dispuesto radialmente en el exterior del rodete se puede denominar anillo de refuerzo exterior o anillo de refuerzo exterior de las palas del rotor.
El espacio dispuesto entre el anillo de refuerzo y la carcasa se puede denominar espacio de circulación.
La turbomaquinaria axial de acuerdo con la invención comprende al menos una etapa de turbina de baja presión con un sistema de sellado de acuerdo con la invención. La turbomaquinaria axial puede comprender además al menos una etapa de turbina de alta presión, una etapa de compresor de baja presión y una etapa de compresor de alta presión. Cada una de dichas etapas puede comprender un sistema de sellado de acuerdo con la invención.
La turbomaquinaria axial puede ser una turbina de gas, en particular una turbina de gas de avión o un motor de avión.
Las mejoras ventajosas de la presente invención son objeto de las reivindicaciones dependientes y de las modalidades.
Los ejemplos de modalidades de acuerdo con la invención pueden tener una o más de las características enumeradas a continuación.
Una punta de sellado estática y/o circunferencial se puede denominar aleta de sellado.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la junta asociada a la carcasa puede ser una junta de introducción. Una junta de introducción se puede denominar junta de rozamiento. Una junta de sellado puede tener un revestimiento o capa de sellado en la que, por ejemplo, puede penetrar una punta de sellado para formar un espacio de sellado. Este espacio de sellado se puede formar pequeño mediante la penetración o la introducción de una punta de sellado, en particular durante un estado operativo previsto, y así contribuir ventajosamente a optimizar la eficacia de la turbomaquinaria. El junta de introducción puede comprender una estructura de panal para la penetración de una punta de sellado.
La junta de introducción puede estar unida a la carcasa por adherencia de forma o de material. La junta de introducción se puede pegar, soldar, remachar o entallar, o fijar de otra manera a la carcasa.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la junta de introducción está fijada solo a la carcasa. En esta modalidad, no hay ninguna junta de introducción fijada al rodete, en particular al anillo de refuerzo del rodete. De este modo, la junta de introducción solo se dispone en un lado del espacio.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, el anillo de refuerzo puede tener al menos dos puntas de sellado. Dos puntas de sellado pueden enganchar dos juntas de introducción opuestas en la carcasa y formar un espacio de sellado. Las al menos dos puntas de sellado pueden estar dispuestas axialmente una detrás de la otra en un radio o a una altura radial. Alternativamente, las dos puntas de sellado pueden estar dispuestas axialmente una detrás de la otra en radios diferentes o a alturas radialmente diferentes, es decir, desplazadas radialmente.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, el anillo de refuerzo no tiene ninguna junta, en particular ninguna junta de introducción.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, el anillo de refuerzo tiene tres o más puntas de sellado. Las puntas de sellado pueden estar dispuestas radialmente a una altura o a diferentes alturas. Por ejemplo, dos puntas de sellado dispuestas axialmente una detrás de la otra pueden tener el mismo radio, mientras que una tercera punta de sellado se dispone radialmente más hacia afuera.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la al menos una punta de sellado del anillo de refuerzo se dispone de forma inclinada en el lado aguas arriba. El ángulo de inclinación entre la dirección radial y la dirección axial puede ser, por ejemplo, de al menos 15 grados. Una punta de sellado no inclinada en la dirección radial sería de cero grados. Una punta de sellado inclinada puede tener un efecto beneficioso en las pérdidas de flujo al reducir el flujo a través del espacio. Una punta de sellado inclinada también puede ser ventajosa con respecto a la configuración del anillo de refuerzo, por ejemplo, cuando se disponen múltiples puntas de sellado en el anillo de refuerzo. Asimismo, la resistencia estructural del anillo de refuerzo puede ser ventajosamente mayor con una punta de sellado inclinada. En particular, la punta de sellado delantera del anillo de refuerzo puede estar inclinada. La inclinación puede ser de veinte grados, veinticinco grados, treinta grados o más.
El anillo de refuerzo tiene una protección contra el desgaste en el área opuesta a la punta de sellado estática. La protección contra el desgaste puede evitar ventajosamente el contacto directo de la punta de sellado estática con el material base del anillo de refuerzo. El contacto directo podría dañar el anillo de refuerzo, provocando un daño mayor.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la protección contra el desgaste del anillo de refuerzo se extiende más allá del área opuesta de la punta de sellado estática, en particular al menos hasta el extremo del anillo de refuerzo adyacente. La protección contra el desgaste puede extenderse a otras áreas del anillo de refuerzo.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la protección contra el desgaste es un revestimiento, al menos en secciones, del anillo de refuerzo. Alternativamente, la capa de protección contra el desgaste también puede entenderse como un elemento en forma de escamas, por ejemplo, de un material con la marca "Stellite", que se une al anillo de refuerzo por adherencia de material o por arrastre de fuerza.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la protección contra el desgaste se dispone sobre la circunferencia del anillo de refuerzo en determinadas áreas. Por ejemplo, la protección contra el desgaste puede disponerse solo en puntos individuales del anillo de refuerzo.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, el material de la punta de sellado estática tiene una dureza menor en comparación con la dureza de la capa de protección contra el desgaste. La dureza del material puede ser una medida de la resistencia del material al desgaste. El material de la capa de protección contra el desgaste es preferentemente diferente del material base del anillo de refuerzo y, en particular, también tiene una mayor dureza en comparación con este material base. El término "mayor dureza", en el sentido de la presente invención, significa en particular una "mayor resistencia al desgaste".
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la presente invención, la protección contra el desgaste se eleva con respecto al resto de la superficie del anillo de refuerzo, o en otras palabras, la protección contra el desgaste se proyecta en altura más allá de la superficie del anillo de refuerzo anillo. El grosor de la protección contra el desgaste puede ser, por ejemplo, de 5 |_im, 10 |_im, 20 |_im o cualquier otro grosor.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, se produce una protección contra el desgaste mediante un endurecimiento local de los bordes, en particular mediante un proceso asistido por láser.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la punta de sellado estática está unida a la carcasa por un componente de unión por adherencia de forma, en particular un elemento de retención. La punta de sellado estática puede estar unida por adherencia de material al elemento de retención.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la punta de sellado estática se fija a la carcasa con un componente de unión por adherencia de forma en particular un elemento de retención, en la rejilla de guía aguas abajo, o la unión de la rejilla de guía. La punta de sellado estática puede estar unida por adherencia de material al elemento de retención.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, el rodete es un rodete de turbina, en particular un rodete de turbina de baja presión.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, el anillo de refuerzo está segmentado alrededor de la circunferencia del rodete. En particular, los segmentos están diseñados como segmentos del anillo de refuerzo en Z. Mediante los segmentos del anillo de refuerzo en Z, las paletas del rodete pueden arriostrarse ventajosamente entre sí.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, las áreas de contacto de los segmentos del anillo de refuerzo tienen protección contra el desgaste en la dirección circunferencial. Esta protección contra el desgaste puede diseñarse como protección contra el desgaste en el área opuesta a la punta de sellado estática. En particular, esta protección contra el desgaste se proyecta más allá de la superficie del anillo de refuerzo como una capa de protección contra el desgaste, de modo que en caso de contacto entre la punta de sellado estática y el anillo de refuerzo, solo la capa de protección contra el desgaste entra en contacto inicialmente. En particular, la dureza de la capa de protección contra el desgaste es mayor que la dureza de la punta de sellado estática. Esto puede proteger ventajosamente el anillo de refuerzo contra el contacto con la punta de sellado estática. Este contacto podría dañar el anillo de refuerzo.
La protección contra el desgaste puede unirse por adherencia de material al anillo de refuerzo, por ejemplo, mediante soldadura (por ejemplo, mediante soldadura por acumulación con láser). El material de la protección contra el desgaste puede ser o comprender una aleación dura a base de cobalto, por ejemplo una aleación de cobaltocromo. En modalidades puramente ilustrativas, la dureza de la capa de protección contra el desgaste puede ser superior a 600 de dureza Vickers (abreviada como HV).
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la punta de sellado estática está unida por adherencia de forma y de material a la carcasa por medio de un elemento de retención.
En algunas modalidades ilustrativas de acuerdo con la invención, la punta de sellado estática tiene una estructura variable, en particular ondulada, en la dirección circunferencial en el lado opuesto al anillo de refuerzo. Por medio de la estructura variable u ondulada, se puede utilizar un área axialmente mayor de una superficie de contacto de la punta de sellado en caso de contacto de la punta de sellado con el anillo de refuerzo, o con una capa de protección contra el desgaste en el anillo de refuerzo, en comparación con una estructura no variable u ondulada, es decir, recta sobre la circunferencia. Mediante un área axialmente mayor de la superficie de contacto, el aporte de calor durante un proceso de contacto o de fricción entre la punta de sellado y el anillo de refuerzo (o la capa de protección contra el desgaste) puede distribuirse ventajosamente sobre un área mayor y un volumen de material mayor. De este modo, se puede reducir localmente la carga, en particular la tensión térmica del material, sobre la capa de protección contra el desgaste.
Algunas o todas las modalidades de la invención pueden tener una, varias o todas las ventajas mencionadas anteriormente y/o a continuación.
Mediante el sistema de sellado de acuerdo con la invención, se pueden reducir ventajosamente las fugas, es decir, el flujo de derivación o el flujo en el espacio. Las fugas pueden denominarse pérdidas primarias. En particular, el flujo en el espacio se puede reducir por medio de la punta de sellado estática.
Además, con el sistema de sellado de acuerdo con la invención, el flujo principal es menos perturbado y de esa manera se puede aumentar la eficiencia de la turbomaquinaria. Las interrupciones del flujo principal pueden denominarse pérdidas secundarias. En particular, se puede influir en la formación de remolinos aguas abajo de la punta de sellado estática y así adaptar la dirección de rotación del remolino a la dirección del flujo principal. Con ello se puede lograr una mezcla de baja pérdida de los remolinos, resultantes del flujo en el espacio, con el flujo principal.
A continuación, se explica a modo de ejemplo la presente invención a partir de los dibujos adjuntos, en los que los números de referencia idénticos designan componentes idénticos o similares. En las figuras correspondientes altamente simplificadas se muestra esquemáticamente, lo siguiente:
La Figura 1 muestra un sistema de sellado del estado de la técnica de una etapa de turbina con una junta de introducción y dos puntas de sellado circunferenciales en sección longitudinal;
La Figura 2 muestra un sistema de sellado de una etapa de turbina de acuerdo con la invención con una junta de introducción, dos puntas de sellado circunferenciales y una punta de sellado estática unida a una carcasa en sección longitudinal;
La Figura 3 muestra el sistema de sellado de acuerdo con la invención en un plano de sección transversal con la punta de sellado estática, un rodete con anillo de refuerzo y una capa de protección contra el desgaste entre dos segmentos del anillo de refuerzo;
La Figura 4 muestra el anillo de refuerzo en una vista desde el exterior radial con dos capas de protección contra el desgaste; y
La Figura 5a,b muestra dos recorridos diferentes de un borde interior de la punta de sellado estática en la dirección circunferencial.
La Figura 1 muestra un sistema de sellado del estado de la técnica 100' de una etapa de turbina con una junta de introducción 12 y dos puntas de sellado circunferenciales (giratorias) 5 en sección longitudinal. Un sistema de sellado 100' puede ser sinónimo de sistema de juntas. La junta de introducción 12 puede denominarse capa de introducción.
Entre una corona de paletas aguas arriba 1 y una corona de paletas aguas abajo 2, se muestra una sección de carcasa 10 en el lado de la carcasa, en la que está montado un soporte de junta 11. La sección de la carcasa 10 también podría denominarse pieza de sellado estática. La junta de introducción 12 se fija al soporte de la junta 11, por ejemplo, mediante soldadura o pegado. Dos puntas de sellado 5, que pueden denominarse aletas de sellado, encajan en la junta de introducción 12. Se crea o genera un espacio de circulación 6 entre la junta de introducción 12 y las puntas de sellado 5 mediante la introducción o el entallado de las puntas de sellado 5. Las puntas de sellado 5 se disponen en un anillo de refuerzo radial exterior 4, que a su vez está unido a un rodete 3. El anillo de refuerzo 4 puede estar unido integralmente al rodete 3, por ejemplo mediante un proceso de fabricación por sinterización láser. La dirección de un flujo de fuga (el flujo de fuga puede llamarse flujo en el espacio o flujo de derivación) se muestra mediante la flecha del signo de referencia de la espacio del canal 6. En una etapa de turbina mostrada aquí, la presión del medio de flujo disminuye en la dirección del flujo principal H, en la Figura 1 de izquierda a derecha. En consecuencia, la presión aguas arriba de la pala del rotor 3 es mayor que la presión aguas abajo de la pala del rotor 3. Por lo tanto, la dirección del flujo está en la dirección de la flecha del signo de referencia del espacio de circulación 6.
Aguas abajo de la segunda punta de sellado 5 (a la derecha en la Figura 1) el flujo de fuga forma un remolino W. En el punto de mezcla con el flujo principal H hay grandes pérdidas de mezcla, ya que el sentido de rotación del remolino W da lugar a un flujo cuyo sentido de circulación a través del flujo principa1H es opuesto.
Además, se muestra opcionalmente una estructura de refuerzo 13 en el anillo de refuerzo 4.
La pala del rotor 3 está posicionada de forma inequívoca con respecto a la junta de introducción 12 y, por tanto, con respecto a la carcasa circundante 30 y a las coronas de paletas 1,2, que pueden denominarse estator. Sin embargo, el rotor (no mostrado en la Figura 1) unido al rodete 3 puede moverse axialmente con respecto al estator dentro de ciertos límites, por ejemplo, debido a la holgura de los cojinetes, las dilataciones térmicas y otros factores. Debido a estos movimientos axiales del rotor y del rodete 3, solo pueden disponerse unas pocas puntas de sellado 5 en el anillo de refuerzo 4. En el ejemplo de la Figura 1, se disponen dos puntas de sellado 5. Debido a este número limitado de puntas de sellado 5, el efecto de sellado es limitado, en función del espacio de circulación 6.
La Figura 2 muestra un sistema de sellado 100 de acuerdo con la invención de una etapa de turbina con una junta de introducción 12, dos puntas de sellado giratorias 5 y una punta de sellado estática 20 unidas a una carcasa 30 en sección longitudinal.
La disposición de la corona de paletas aguas arriba 1, la corona de paletas aguas abajo 2, la pala del rotor 3, la sección de la carcasa 10 y el soporte de la junta 11 (que tiene una configuración diferente en la Figura 2 que en la Figura 1) es análoga a la descripción de la Figura 1. Las dos puntas de sellado giratorias 5 se disponen axialmente desplazadas en el anillo de refuerzo 5 en comparación con la disposición de la Figura 1. Además, una punta de sellado estática 20 en el lado de la carcasa está instalada frente al área del extremo aguas abajo del anillo de refuerzo 4. En la modalidad ilustrativa de la Figura 2, la punta de sellado estática 20 está fijada por medio de un elemento de retención 21 a la sección de carcasa estática 10 y al retén del lado de la carcasa de la corona de paletas aguas abajo 2. La fijación puede realizarse en forma de bloqueo. Opcionalmente, es posible una fijación adicional de la punta de sellado estática 20 al elemento de retención 21 y/o del elemento de retención 21 a la sección de la carcasa 10, por ejemplo mediante una unión soldada.
Además, en la Figura 2 se introduce un denominado limitador de espacio 22 en el interior de la carcasa 30. El limitador de espacio 22, por ejemplo, puede ayudar a reducir las pérdidas de flujo.
La punta de sellado estática adicional 20 puede reducir ventajosamente las fugas resultantes del espacio de circulación 6. Además, el sentido de rotación del remolino W que se forma aguas abajo de la punta de sellado estática 20 puede invertirse con respecto al sentido de rotación del sistema de sellado 100' de la Figura 1, de modo que es posible ventajosamente una mezcla de bajas pérdidas con el flujo principa1H. La mezcla de bajas pérdidas con el flujo principal H se muestra por la misma dirección de flujo paralelo del flujo principa1H con la dirección de flujo del remolino que sale directamente en la Figura 2. A través de estos dos efectos de la punta de sellado estática 20, la reducción de las fugas y la mezcla de bajas pérdidas del remolino W con el flujo principa1H, se pueden reducir ventajosamente las pérdidas totales de la etapa de turbina.
La punta de sellado estática 20, junto con la sección trasera del anillo de refuerzo 4, forma un punto de sellado adicional a los dos puntos de sellado formados por las puntas de sellado 5 y la junta de introducción 12.
La punta de sellado delantera, aguas arriba, 5 está inclinada, con respecto a la dirección radial r, en contra de la dirección del flujo principal, que está alineada en la dirección axial. La inclinación es de aproximadamente 30 grados. Mediante una punta de sellado inclinada 5, se puede influir, por ejemplo, en el flujo de fuga a través del espacio de circulación 6.
Las dos puntas de sellado 5 están desplazadas radialmente y, por tanto, representan aproximadamente el canal de flujo que se ensancha de la etapa de la turbina.
El anillo de refuerzo 4 está segmentado en la circunferencia u. A menudo los segmentos se diseñan como los llamados anillos de refuerzo en z (ver la Figura 4, que se muestra como la vista B de la Figura 2), ya que sus bordes circunferenciales no son rectos en la dirección axial de la turbomaquinaria, sino que tienen esencialmente forma de z. Esta forma de Z permite fijar las palas del rotor 3 adyacentes en dirección circunferencial de una etapa del rotor en el estado montado. En la vista de la Figura 2, se observa ortogonalmente el borde circunferencial de un segmento del anillo de refuerzo 4. La mitad inferior de este borde circunferencial está provista de una capa de protección contra el desgaste 8, que se muestra oscura en las figuras 2, 3 y 4. La capa de protección contra el desgaste 8 no solo se aplica en la dirección axial de la turbomaquinaria en el área central del borde circunferencial en forma de Z del anillo de refuerzo 4, en la que esencialmente las fuerzas de tensión se transmiten por el contacto entre dos palas del rotor 3 adyacentes en dirección circunferencial en el anillo de refuerzo 4, sino que la capa de protección contra el desgaste 8 se extiende axialmente aún más hacia atrás. En particular, la capa de protección contra el desgaste 8 se extiende en la dirección axial de la turbomaquinaria al menos hasta la posición axial de la punta de sellado estática 20 hacia atrás. En el presente ejemplo de modalidad, la capa de protección contra el desgaste 8 se extiende incluso hasta el extremo aguas abajo del anillo de refuerzo 4.
En la dirección radial r, la capa de protección contra el desgaste 8 sobresale de la superficie del anillo de refuerzo 4. Esto tiene la ventaja de que en caso de un contacto involuntario de la punta de sellado estática 20 con el anillo de refuerzo 4, por ejemplo en caso de un aterrizaje brusco de un avión equipado con la turbomaquinaria como motor, la punta de sellado estática 20 no puede tocar y eventualmente dañar el anillo de refuerzo 4 en sí, es decir, el material base del anillo de refuerzo, sino solo la capa de protección contra el desgaste 8. Si el material de la capa de protección contra el desgaste 8 tiene una dureza mayor que el material de la punta de sellado estática 20, la punta de sellado estática 20 será desgastada o abrasionada por el rodete giratorio 3. Por ejemplo, la punta de sellado estática 20 puede acortarse ligeramente en la dirección radial r. De este modo, se evitan daños en el rodete 3. Por el contrario, la abrasión de la punta de sellado estática 20 por la capa de protección contra el desgaste 8 es mucho menos crítica y la punta de sellado estática 20 también puede sustituirse de forma relativamente fácil y económica. La Figura 3 muestra el sistema de sellado 100 de acuerdo con la invención en un plano de sección transversal (sección A - A, ver la Figura 2) con la punta de sellado estática 20, el soporte de sellado 11, el rodete 3 con el anillo de refuerzo 4 y una capa de protección contra el desgaste 8 entre los segmentos del anillo de refuerzo.
El anillo de refuerzo 4 está segmentado. El llamado anillo de refuerzo en Z tiene capas de protección contra el desgaste 7, 8 en los puntos de contacto de los segmentos contiguos. En particular, la capa de protección contra el desgaste 8, que se extiende más aguas abajo en la dirección axial que la capa de protección contra el desgaste 7, se proyecta ligeramente más allá de la extensión radial de la superficie del anillo de refuerzo. En la Figura 3 esto se representa con la altura del talón 23. Debido a esta elevación de la capa de protección contra el desgaste 8 por encima de la superficie del anillo de refuerzo 4, la punta de sellado estática 20, por ejemplo en el caso anteriormente mencionado, entra en contacto inicialmente con la capa de protección contra el desgaste 8 elevada. Si la dureza del material de la punta de sellado estática 20 es inferior a la dureza del material de la capa de protección contra el desgaste 8, el material de la punta de sellado estática 20 se desgasta o se deforma, pero sin entrar en contacto con o dañar el anillo de refuerzo 4. En otras palabras, la capa de protección contra el desgaste 8 utilizada para el contacto de dos anillos de refuerzo 4 adyacentes en dirección circunferencial se puede utilizar de forma sinérgica para evitar posibles daños en el material base del anillo de refuerzo 4 a través del contacto con la punta de sellado estática 20. Para ello, la capa de protección contra el desgaste 8 debe estar dimensionada solo ligeramente más grande de lo que debiera ser en la dirección axial y radial de la turbomaquinaria.
La Figura 4 muestra el anillo de refuerzo 4 en una vista B desde el exterior radial (ver la Figura 2) con las capas de protección contra el desgaste 7, 8. La forma de perfil de las palas del rotor 3 se indica esquemáticamente debajo del anillo de refuerzo.
Las puntas de sellado 5 del anillo de refuerzo 4 sobresalen del plano de representación. Las capas de protección contra el desgaste 7, 8 están situadas en las superficies de contacto del anillo de refuerzo en Z con los segmentos adyacentes en dirección circunferencial (no mostrados) de otros anillos de refuerzo de las paletas. La capa de protección contra el desgaste 8 sombreada ya se ha mostrado en el plano de sección de la Figura 2 frente a la punta de sellado estática 20.
Las Figuras 5a,b muestran dos recorridos diferentes del borde interior radial, o borde interior, de la punta de sellado estática 20 en la dirección circunferencial u en una vista C (ver la Figura 3). La Figura 5a muestra un recorrido recto y la Figura 5b una forma ondulada. La forma ondulada ofrece la ventaja de que, en caso de contacto entre la punta de obturación estática 20 y la capa de protección contra el desgaste 8 del anillo de refuerzo 4, se puede utilizar una superficie axialmente mayor de la capa de protección contra el desgaste 8 para rectificar o deformar la punta de sellado estática 20. Esto significa que cuando la punta de sellado estática 20 entra en contacto con la capa de protección contra el desgaste 8, la entrada de calor se distribuye sobre un mayor volumen de material, lo que significa que la capa de protección contra el desgaste 8 está sometida a menos tensión local.
Lista de referencia de los dibujos
a axial, dirección axial
r radial, dirección radial
u Dirección circunferencial
H Dirección del flujo, flujo principal
W Remolino
100, 100' Sistema de sellado
1 Corona de paletas aguas arriba
2 Corona de paletas aguas abajo
3 Rodete, pala del rotor
4 Anillo de refuerzo
5 Punta de sellado del anillo de refuerzo
6 Espacio de circulación
7, 8, 13 Protección contra el desgaste
10 Sección de la carcasa (pieza de sellado estática)
11 Soporte de la junta
12 Junta de introducción, capa de introducción
20 Punta de sellado estática
21 Elemento de retención
22 Limitador de espacio
23 Altura del talón de la capa de protección contra el desgaste
30 Carcasa

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de sellado (100) para una turbomaquinaria axial que comprende un rodete (3) con un anillo de refuerzo (4) dispuesto radialmente hacia el exterior y una carcasa (30) que rodea al rodete (3), en donde un espacio (6) se dispone entre el anillo de refuerzo (4) y la carcasa (30), y en donde el espacio (6) está delimitado por medio de una junta (12) unida a la carcasa (30) y al menos una punta de sellado (5) dispuesta en el anillo de refuerzo (4), frente a la junta (12), para reducir las pérdidas de flujo a través del espacio (6), en donde otra punta de sellado estática (20) unida a la carcasa (30) se dispone en el área del extremo aguas abajo de la junta (12) para influir en el flujo a través del espacio y/o para influir en el flujo aguas abajo de la punta de sellado estática (20), caracterizado porque el anillo de refuerzo (4) tiene una protección contra el desgaste (8) en el área de la punta de sellado estática (20) opuesta en la dirección radial (r) para evitar el contacto directo de la punta de sellado estática con el material base del anillo de refuerzo.
2. Sistema de sellado (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la junta (12) es una junta de introducción (12).
3. Sistema de sellado (100) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el anillo de refuerzo (4) comprende al menos dos puntas de sellado (5).
4. Sistema de sellado (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde la al menos una punta de sellado (5) del anillo de refuerzo (4) está inclinada en el lado aguas arriba.
5. Sistema de sellado (100) de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde el ángulo de inclinación (w) con el que se inclina la al menos una punta de sellado (5) en el lado aguas arriba con respecto a la dirección radial (r) es de al menos 15 grados.
6. Un sistema de sellado (100) de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde la protección contra el desgaste (8) es un revestimiento del anillo de refuerzo (4).
7. Sistema de sellado (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el material de la punta de sellado estática (20) tiene una dureza menor en comparación con la dureza del revestimiento de protección contra el desgaste (8).
8. Sistema de sellado (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el rodete (3) es un rodete de turbina.
9. Sistema de sellado (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el anillo de refuerzo (4) está segmentado sobre la circunferencia (u) del rodete (3).
10. Sistema de sellado (100) de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde las áreas de contacto de los segmentos (13) en la dirección circunferencial (u) comprenden la protección contra el desgaste (8).
11. Sistema de sellado (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde la punta de sellado estática (20) está unida a la carcasa (30) por medio de un elemento de retención (21) por adherencia de forma y/o de material.
12. Sistema de sellado (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde la punta de sellado estática (20) tiene, en el lado opuesto al anillo de refuerzo (4), una estructura (15) que varía en la dirección circunferencial (u) y que tiene, en particular, forma ondulada.
13. Turbomaquinaria axial que comprende al menos una etapa de turbina de baja presión, en donde la etapa de turbina de baja presión comprende un sistema de sellado (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
14. Turbomaquinaria axial de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde la turbomaquinaria es un motor de avión.
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